PCB doppia faccia (2L)
Il tipo di scheda più diffuso nell'industria: rame su entrambe le facce, collegate da fori metallizzati. Ecco esattamente come viene prodotta una scheda doppia faccia, di cosa è fatta, come progettarla bene e quali classi IPC e tolleranze si applicano.
Due strati di rame, collegati da fori metallizzati
Una scheda doppia faccia ha rame sul lato superiore e su quello inferiore del substrato, collegati elettricamente da fori metallizzati (PTH) — fori praticati meccanicamente le cui pareti vengono rese conduttive dalla deposizione di rame. Questo foro metallizzato è tutta la ragion d'essere delle schede doppia faccia: permette a un segnale di passare da una faccia all'altra, ed è l'unica fase di processo che semplicemente non esiste su una scheda monofaccia.
Collocata tra la monofaccia (semplice, la più economica) e il multistrato (denso, il più capace), la doppia faccia è il cavallo di battaglia del settore: buone prestazioni elettriche, vera flessibilità di routing grazie ai due strati, restando comunque semplice, rapida ed economica da produrre.
- Elettronica di consumo generale: audio, alimentatori, elettrodomestici
- Moduli automotive: centraline, illuminazione LED, interfacce per sensori
- Controlli industriali: PLC, driver per motori, strumentazione
- Apparecchiature per telecomunicazioni: router, modem, hardware di rete
- La scelta predefinita non appena un progetto supera la monofaccia
Il processo di produzione, passo per passo
La differenza determinante rispetto alla monofaccia: i fori vengono praticati prima della metallizzazione del rame, perché è la metallizzazione a collegare davvero i due strati.
Preparazione del materiale
Un core FR4 con foglio di rame prelaminato su entrambe le facce, verificato rispetto alle regole di pista/distanza/foratura del progetto prima dell'inizio della produzione.
Foratura
Ogni foro metallizzato viene prima praticato meccanicamente: a questo punto le pareti del foro sono ancora fibra di vetro nuda, non conduttiva, seguita poi dalla pulizia di detriti e bave di resina (smear).
Rame chimico
Poiché la parete del foro non è ancora conduttiva, vi si deposita prima un sottile strato di innesco in rame chimico (electroless): la fase che rende possibile la metallizzazione.
Metallizzazione galvanica
Questo strato di innesco viene rinforzato con ramatura galvanica, sulle pareti del foro e sulla superficie della scheda insieme: è questo foro metallizzato che collega davvero il rame di sopra e di sotto.
Esposizione
Il fotoresist viene applicato su entrambe le facce ed esposto con il disegno del circuito, definendo esattamente cosa resta rame e cosa verrà inciso nella fase successiva.
Metallizzazione selettiva (pattern plating)
Il disegno di circuito esposto, e le pareti dei fori, ricevono una ramatura supplementare su entrambe le facce insieme, fino allo spessore finale richiesto.
Gravure
Il resist viene rimosso e il pannello viene inciso, eliminando tutto il rame indesiderato e lasciando il disegno di circuito finito su entrambe le facce.
Solder mask
Applicata su entrambe le facce per isolare le piste di rame e prevenire ponti di saldatura durante l'assemblaggio.
Serigrafia
Le marcature di legenda e di riferimento vengono stampate su una o su entrambe le facce, a seconda delle esigenze del progetto.
Finitura superficiale
Applicata su ogni piazzola esposta di entrambe le facce, per una saldatura affidabile e priva di ossidazione.
Fresatura del contorno
Le schede vengono ritagliate dal pannello di produzione secondo il contorno finale.
Test elettrico
Verifica ora in modo specifico continuità e isolamento da foro a foro e da strato a strato, non solo la continuità di un singolo piano come su una scheda monofaccia.
Controllo finale
Ispezione ottica più controllo finale visivo/dimensionale, spesso supportato da un campionamento in sezione trasversale per verificare la qualità della metallizzazione, prima dell'imballaggio.
FR4, spessore della metallizzazione e finitura
Il substrato è FR4 standard, con uno spessore del rame talvolta specificato in modo diverso sopra e sotto; far coincidere le due facce è però di solito la scelta più sicura, perché uno spessore di rame disuguale tra le facce sbilancia la scheda rispetto al suo asse mediano e aggiunge sollecitazione termica durante la rifusione e il livellamento ad aria calda (HASL), il che può favorire la deformazione. Il rame nella parete del foro stesso ha un minimo reale, imposto dalle norme: la IPC-6012 richiede uno spessore medio di metallizzazione di circa 20 µm (0,8 mil) per la classe 2 e 25 µm (1 mil) per la classe 3 — una metallizzazione sottile e poco affidabile nel barrel è esattamente ciò che causa in seguito connessioni intermittenti o difettose.
| Finitura superficiale | Ideale per | Compromessi |
|---|---|---|
| HASL-LF | Schede polivalenti, ricche di componenti a foro passante | La più economica; non ideale per passo fine/BGA |
| ENIG | Passo fine, BGA, conservazione più lunga | Superficie più piana, costo più alto |
| Argento chimico (immersion silver) | Progetti RF, ottime prestazioni elettriche | Sensibile all'opacizzazione, conservazione più breve |
| Stagno chimico (immersion tin) | Conforme RoHS, meno costoso dell'ENIG | Rischio di whisker di stagno e problemi di manipolazione |
Regole di layout e DFM per schede doppia faccia
Due strati aprono una vera strategia di routing: la pianificazione della massa conta quanto il routing del segnale.
Classi IPC e norme di qualità
La qualità dei fori metallizzati è il punto in cui le schede doppia faccia iniziano davvero ad appoggiarsi al quadro IPC.
| Classe IPC-6012 | Uso tipico | Rame min. in parete |
|---|---|---|
| Classe 1 | Elettronica di consumo generale | — |
| Classe 2 | Elettronica a servizio dedicato: la soglia più comune | ≈ 20 µm (0,8 mil) |
| Classe 3 | Alta affidabilità: medicale, aerospaziale, militare | ≈ 25 µm (1 mil) |
IPC-A-600 è la norma complementare di criteri di accettazione visivi della 6012 e, per i fori metallizzati in particolare, definisce difetti come i vuoti di metallizzazione (una discontinuità nel rame della parete del foro, di solito dovuta a un insufficiente potere penetrante del bagno o a una contaminazione intrappolata durante la ramatura galvanica) e il wicking (penetrazione capillare della chimica di metallizzazione lungo le fibre di vetro esposte), entrambi verificati durante l'ispezione in sezione trasversale. IPC-2221 continua a regolare il dimensionamento larghezza-pista-contro-corrente; i due strati di una scheda a 2 strati contano come strati esterni, quindi entrambi ricevono il coefficiente di portata di corrente più favorevole in questo modello.
Le nostre specifiche reali per schede doppia faccia
Quanto sopra è prassi generale del settore. Ecco cosa produciamo realmente, internamente, a Iași.
| Spessore della scheda | 0,51 – 2,4 mm |
| Spessore del rame | 18 / 35 / 50 / 70 µm |
| Temperatura di transizione vetrosa (Tg) | 135 °C standard, 150 °C o 170 °C su richiesta |
| Pista / distanza minima | 0,15 mm / 0,15 mm |
| Foratura minima | 0,3 mm (piazzola 0,5 mm) |
| Pannello massimo (1–2 strati) | 390 × 520 mm |
| Solder mask | Verde, bianco, nero, rosso, blu, giallo |
| Finitura superficiale | HASL-LF (senza piombo, conforme RoHS) |
| Tests | Test elettrico al 100% (cortocircuiti e circuiti aperti, flying probe) e ispezione AOI su ogni scheda |
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